Domande teoria informatica generale

STRUTTURA DEL CALCOLATORE

1. Descrivere la funzione dei registri di una CPU. Un registro è un elemento della memoria che può essere letto o scritto molto velocemente e che è utilizzabile per memorizzare risultati parziali o informazioni necessarie al controllo. I principali registri della CPU sono: dati, indirizzi, istruzione corrente, contatore di programma, interruzioni, lavoro e registro di stato. 2. Descrivere la funzione del registro dati di una CPU. Il registro dati svolge due funzioni: la funzione di scrittura, che provoca la copia del contenuto della cella di memoria nel registro dati, e la funzione di lettura, che provoca la copia del contenuto del registro dati in una cella di memoria. 3. Descrivere la funzione del registro indirizzi di una CPU. Si trova nell'unità di elaborazione e svolge la funzione di registro degli indirizzi delle celle di memoria, dove l'indirizzo è la posizione relativa alla prima cella di memoria a cui viene attribuito.

Il valore 0 può essere indirizzato al massimo a celle di memoria dove k è la lunghezza in bit del registro. Permette di selezionare una specifica cella di memoria rendendo possibile la lettura dalla memoria e la scrittura in memoria.

Il registro istruzione corrente contiene, istante per istante, l'istruzione che risulta in elaborazione da parte del programma.

Il contatore di programma contiene l'indirizzo dell'istruzione successiva del programma in esecuzione (processo).

Il registro interruzioni di una CPU, al verificarsi di un'interruzione, interrompe il programma in esecuzione ed esegue un sottoprogramma, chiamato routine di interrupt, allocato ad uno specifico indirizzo di memoria. Terminata la routine d'interrupt, la CPU torna al programma precedentemente interrotto e ne prosegue l'esecuzione.

La funzione del registro di lavoro di una CPU è simile alle celle di memoria ma può essere letto e scritto in modo più rapido senza ricorrere a operazioni di lettura e scrittura. Contiene dati e istruzioni di uso frequente o risultati intermedi delle elaborazioni.

Il registro di stato di una CPU è un insieme di bit presenti nella CPU che indicano lo stato di diversi risultati di operazioni matematiche. Questi bit sono comunemente usati per confrontare e testare condizioni richieste dai programmi. Alcuni esempi sono il bit di carry che indica la presenza di un riporto e il bit di segno che riporta il segno del risultato dell'operazione aritmetica.

L'unità di controllo e governo è responsabile del prelievo e della decodifica delle istruzioni, nonché dell'invio dei segnali di controllo che provocano i trasferimenti o le elaborazioni necessarie per l'esecuzione dell'istruzione codificata.

Il compito di coordinare l'intero sistema e sotto la sua direzione le informazioni vengono trasferite o elaborate tramite la ALU.

10. Descrivere la funzione della ALU di una CPU.

L'unità aritmetico logica è un elemento della CPU che realizza le operazioni aritmetiche e logiche eventualmente richieste per l'esecuzione delle istruzioni.

11. Descrivere la funzione dell'orologio di sistema di un elaboratore.

L'orologio di sistema si trova nella cpu e serve per sincronizzare le operazioni rispetto ad una data frequenza. Ad ogni impulso del clock la cpu attua un ciclo d'esecuzione.

12. Descrivere le fasi di esecuzione di una istruzione da parte della CPU

Per ogni istruzione la CPU esegue tre fasi: fase fetch, fase decode, fase execute.

La fase fetch è la fase di reperimento di una istruzione e si divide a sua volta in 4 passi: la prima fase il contenuto del registro contatore di programma viene trasferito nel registro indirizzi, nella seconda fase

Il contenuto della cella di memoria che corrisponde all'indirizzo contenuto nel registro indirizzi viene trasferito nel registro dati tramite il bus di sistema. Nella terza fase, il contenuto del registro dati è trasferito al registro istruzione corrente. Nella quarta fase, il valore del registro contatore di programma viene incrementato di uno in modo che contenga l'indirizzo dell'istruzione successiva.

La fase decode è la fase di interpretazione dedicata alla decodifica dell'istruzione. Comporta l'analisi del contenuto del registro di istruzione corrente per scoprire quale operazione deve essere eseguita.

La fase execute è la fase di esecuzione, ed è differente per ogni operazione e consiste nell'esecuzione dell'operazione stessa.

13. Descrivere la fase di reperimento di un'istruzione da parte di una CPU.

La fase di reperimento, detta anche fase fetch, è la fase in cui la CPU preleva l'istruzione il cui indirizzo

È contenuto nel computer e la porta attraverso il bus nel registro istruzione corrente. Questa si suddivide in 4 fasi: la prima fase il contenuto del registro contatore di programma viene trasferito nel registro indirizzi, nella seconda fase il contenuto della cella di memoria che corrisponde all'indirizzo contenuto nel registro indirizzi viene trasferito nel registro dati tramite il bus di sistema, nella terza fase il contenuto del registro dati è trasferito al registro istruzione corrente, nella quarta fase il valore del registro contatore di programma viene incrementato di uno di modo che contenga l'indirizzo dell'istruzione successiva. Alla fase fetch segua quella decode.

14. Descrivere la funzione della memoria centrale.

La memoria centrale di un elaboratore è un contenitore di dati e programmi utili al funzionamento dell'elaboratore. È composta da un dispositivo che serve a memorizzare i dati e un dispositivo che serve a gestirli, chiamato gestore.

Ciascuno spazio della memoria centrale è detto cella di memoria; si tratta di celle tutte della stessa dimensione misurata in bit. Ogni cella inoltre è formata da una serie di 0 e 1. Queste celle sono indirizzabili e attraverso questi indirizzi il gestore accede alla cella. Può accedervi in maniera diretta o sequenziale. Le memorie centrali possono essere di due tipi: la ROM (read only memory), che può solo leggere e tenere in memoria. Si tratta di memorie permanenti (il contenuto non viene mai perso). La RAM (random access memory), può sia leggere che scrivere e si tratta di memorie volatili (il contenuto viene perso quando si spegne). 15. Descrivere la funzione del bus di sistema con particolare riferimento alla sua struttura logica. Si tratta di un canale di comunicazione condiviso, che permette ai vari dispositivi hardware di interfacciarsi tra loro, scambiandosi dati e informazioni. Collega tra loro la CPU, la memoria centrale e le varie interfacce I/O. Abbiamo ilfunzione dei dispositivi di ingresso/uscita (periferiche) in un elaboratore è quella di consentire la comunicazione tra l'utente e il sistema. Questi dispositivi permettono di inserire dati nell'elaboratore (dispositivi di ingresso) e di visualizzare o ottenere dati dal sistema (dispositivi di uscita). Alcuni esempi di dispositivi di ingresso sono la tastiera, il mouse, il microfono, mentre dispositivi di uscita possono essere lo schermo, la stampante, le casse audio. Questi dispositivi sono collegati all'elaboratore tramite appositi connettori e utilizzano i bus di comunicazione per trasferire i dati tra di loro.

Una periferica di input (anche chiamata periferica di ingresso) è una periferica che immette dati nella memoria centrale del computer lavorando in maniera unidirezionale. (es. tastiera e mouse).

La periferica di output (anche chiamata periferica di uscita) è una periferica che riceve dati dalla memoria centrale del computer lavorando in maniera unidirezionale (es. monitor e stampante).

La periferica di input/output (anche chiamata periferica di ingresso/uscita) è una periferica che immette dati nella memoria centrale del computer e riceve da essa dati lavorando in maniera bidirezionale. (es. modem, memoria di massa, scheda video, scheda audio, scheda di rete).

SISTEMA OPERATIVO

1. Definire il Sistema Operativo.

Il SO è l'insieme dei programmi che gestiscono e rendono più semplice l'uso del calcolatore. Inoltre permette la gestione e l'esecuzione di più programmi sequenzialmente senza che questi interferiscano tra loro (dato che la CPU ne esegue).

1. Descrivere i componenti principali di un Sistema Operativo.

Un Sistema Operativo è composto da diversi componenti, tra cui:

• Gestore dei processi: responsabile dell'esecuzione dei programmi e della gestione delle risorse di elaborazione.
• Gestore della memoria centrale: gestisce l'allocazione e la gestione della memoria principale del sistema.
• Gestore delle periferiche: gestisce l'interazione tra il sistema operativo e le periferiche esterne.
• Gestore dei file: gestisce l'organizzazione e l'accesso ai file nel sistema.
• Interprete comandi: permette agli utenti di interagire con il sistema operativo tramite comandi.

I primi tre componenti formano il nucleo del sistema operativo.

2. Descrivere la funzione del gestore dei processi di un Sistema Operativo.

Il gestore dei processi è responsabile dell'esecuzione dei programmi da parte dell'unità di elaborazione. Inoltre, è responsabile di reagire ai segnali provenienti dalle periferiche che indicano come il calcolatore comunica con il mondo esterno.

I processi possono trovarsi in tre stati:

1. Stato di esecuzione: quando il processo ha in uso la CPU (un solo processo può trovarsi in questo stato).
2. Stato di pronto: quando il processo è in attesa di avere l'uso della CPU (più processi possono trovarsi in questa fase ed è compito del gestore dei processi stabilire quale di essi andrà in esecuzione).
3. Stato di attesa: quando il processo è in attesa di completare un'operazione.

ingresso/uscita (al completamento dell'operazione viene spostato nello stato di pronto).

3. Descrivere la differenza tra interruzione interna ed interruzione esterna.

Le interruzioni interne sono generate da un programma in esecuzione, ad esempio per richiedere una operazione di I/O. Le interruzioni esterne sono provocate dall'esterno per segnalare eventi particolari, ad esempio la fine di una operazione di I/O.

4. Salvataggio del contesto del processo.

In caso di interruzione interna o esterna di un processo, affinché questo possa riprendere la propria attività esattamente dallo stesso punto e con gli stessi dati, è necessario il salvataggio del contesto ovvero la copiatura del contenuto dei registri del processore in una apposita zona di memoria detta descrittore del processo. L'operazione inversa è il ripristino del